In Situ Chemotaxis Assay to Examine Microbial Behavior in Aquatic Ecosystems

Hier gepresenteerd is het protocol voor een in situ chemotaxis test, een recent ontwikkeld microfluïdisch apparaat dat studies van microbiële gedrag direct in de omgeving mogelijk maakt.

Microbiële gedragingen, zoals beweeglijkheid en chemotaxi's (het vermogen van een cel om de beweging te veranderen in reactie op een chemische gradiënt), zijn wijdverspreid over de bacteriële en archaeale domeinen. Chemotaxis kan resulteren in aanzienlijke voordelen voor het verkrijgen van hulpbronnen in heterogene omgevingen. Het speelt ook een cruciale rol in symbiotische interacties, ziekte, en mondiale processen, zoals biogeochemische fietsen. De huidige technieken beperken het chemotaxis-onderzoek echter tot het laboratorium en zijn niet gemakkelijk toepasbaar in het veld. Hier gepresenteerd is een stap-voor-stap protocol voor de inzet van de in situ chemotaxis test (ISCA), een apparaat dat robuuste ondervraging van microbiële chemotaxi's direct in de natuurlijke omgeving mogelijk maakt. De ISCA is een microfluïdisch apparaat bestaande uit een 20 put array, waarin chemische stoffen van belang kunnen worden geladen. Eenmaal ingezet in waterige omgevingen verspreiden chemicaliën zich uit de putten, waardoor concentratiegradiënten ontstaan die microben voelen en erop reageren door via chemotaxi's in de putten te zwemmen. De putinhoud kan vervolgens worden bemonsterd en gebruikt om (1) de sterkte van de chemotactische reacties op specifieke verbindingen te kwantificeren door middel van stroomcytometrie, (2) isolaat en cultuur responsieve micro-organismen, en (3) karakteriseren de identiteit en genomische potentieel van de reagerende populaties door middel van moleculaire technieken. De ISCA is een flexibel platform dat kan worden ingezet in elk systeem met een waterige fase, inclusief mariene, zoetwater- en bodemomgevingen.

Diverse micro-organismen gebruiken beweeglijkheid en chemotaxi's om fragmentarische voedingsomgevingen te benutten, hosts te vinden of schadelijke aandoeningen te vermijden^1,,2,,3. Deze microbiële gedragingen kunnen op hun beurt de tarieven van chemische transformatie^{beïnvloeden 4} en symbiotische partnerschappen bevorderen in terrestrische, zoetwater- en mariene ecosystemen^2,5.

Chemotaxis is uitgebreid onderzocht onder laboratoriumomstandigheden voor de afgelopen 60 ....

We raden u aan sectie 1 uit te voeren voorafgaand aan veldexperimenten om de resultaten te optimaliseren.

1. Laboratoriumoptimalisatie

LET OP: De volumes beschreven in de optimalisatieprocedure zijn voldoende voor een enkele ISCA (samengesteld uit 20 putten).

1. Bereiding van de chemische stof van belang
   OPMERKING: De optimale concentratie voor elke chemoattractant moet vaak worden bepaald onder laboratoriumomstandigheden voorafgaand aan veldinzet. Het che.......

Deze sectie presenteert laboratoriumresultaten met behulp van de ISCA om de chemotactische respons van mariene microben te testen op een concentratiebereik van glutamine, een aminozuur waarvan bekend is dat het bodembacteriën aantrekt¹⁴. De concentratie glutamine die de sterkste chemotactische respons in de laboratoriumtests opduwde, werd gebruikt om een chemotaxistest uit te voeren in het mariene milieu.

Om de laboratoriumtests uit te voeren, werden zeewatergemeenscha.......

Op de schaal van aquatische micro-organismen is het milieu verre van homogeen en wordt het vaak gekenmerkt door fysische/chemische gradiënten die microbiële gemeenschappen^{structureren 1,15}. De capaciteit van motile micro-organismen om gedrag te gebruiken (d.w.z. chemotaxis) vergemakkelijkt het foerageren binnen deze heterogene micro-omgevingen¹. Het direct in het milieu bestuderen van chemotaxi's heeft het potentieel om belangrijke inter.......

Dit onderzoek werd mede gefinancierd door het Gordon and Betty Moore Foundation Marine Microbiology Initiative, via subsidie GBMF3801 aan J.R.S. en R.S., en een Investigator Award (GBMF3783) aan R.S., evenals een Australian Research Council Fellowship (DE160100636) aan J.B.R., een prijs van de Simons Foundation aan B.S.L. (594111), en een subsidie van de Simons Foundation (542395) aan R.S. als onderdeel van de Principles of Microbial Ecosystems (PriME) Collaborative.